计算机网络中的电路交换

电路交换方式在通信开始之前，会先在发送方和接收方之间建立一条专用的传输路径。数据可以无延迟地传输，而且比特的传输时间也是恒定的。虽然这种方式能够确保固定的数据传输速率，但由于需要预留资源，因此对于高流量或大型网络来说，这种方式的成本较高且效率低下。

• 带宽被划分为多个部分。
• 在通信过程中，比特延迟是恒定不变的。
• 一旦电路建立起来，数据就可以无延迟地传输了。

电话系统网络就是电路交换的一种典型例子。FDM（频分复用）和TDM（时分复用）则是将多个信号合并到同一载波上的两种复用方式。

频分复用（FDM）：

• 将总带宽划分为不重叠的多个频段。
• 每个频带同时传输一个独立的信号。
• 被用于无线电、电视以及光纤通信中，用于传输多个独立信号。

2. 时分复用（Time Division Multiplexing，TDM）：

• 在同一频道上，通过不同的时间槽来传输多个信号。
• 在两端都使用了同步交换机。
• 适用于需要处理大量数据流量的长距离连接。
• 也被称为数字电路交换方式

电路交换的阶段

• 电路建立：在发送方和接收方之间，会通过多个中间交换中心来构建一条专用的通信线路。当发送方和接收方通过这条线路进行信号传输时，就可以实现信号的发送与接收了。
• 数据传输：一旦电路建立起来之后，数据就可以在发送方和接收方之间传输了。双方的连接关系会一直保持下去，只要他们继续进行通信即可。
• 电路断开：当其中一位用户发起断开连接时，电路中的连接就会中断。一旦连接被断开，发送方和接收方之间的所有中间环节都会终止。

电路交换中使用的公式/表达式

传输速率 = 链路速率或比特率 / 时隙数 = R/小时·比特每秒

2. 传输时间 = 文件大小 / 传输速率
= x / (R/h)
=(x*h)/R 秒

3. 数据包到达目的地所需的总时间 = 传输时间 + 电路建立时间

4. 帧的传输速率，单位为帧/秒以及比特/时隙。

传输速率 = F × B 比特/秒

电路交换主要用于什么场合呢？

• 持续的连接：电路交换方式适用于那些需要长期保持连接的场景，比如长距离通信。传统电话系统就采用了电路交换技术。
• 拨号网络连接：当计算机通过拨号服务连接到互联网时，它会使用公共交换网络来进行数据传输。拨号传输的方式就是如此。互联网协议（IP）通过电路交换的电话网络传输的数据包。
• 光线路路交换：数据中心网络也采用了电路交换技术。光路交换技术被广泛应用于传统数据中心的扩展，以满足日益增长的带宽需求。

电路交换的优点

• 保证的数据传输速率：专门的传输通道能够确保稳定的传输速度。
• 数据流不会出现延迟：专用路径能够实现连续的数据传输。
• 高可靠性：预留的路径能够有效防止数据丢失或损坏。
• 服务质量（QoS）：支持对语音或视频等关键流量的优先处理。

电路交换的缺点

• 可扩展性有限：不适合用于大型网络环境；需要为每一条通信路径分配专门的通道。
• 容易遭遇失败：如果某个路径出现故障，那么通信就会中断。
• 灵活性有限：专用电路在通信结束之前，其他设备是无法使用的。
• 浪费资源：即使没有数据被发送时，带宽仍然会被占用。
• 成本过高：设置和维护专用的路径需要大量的成本。